原液質(zhì)量對水溶性纖維品質(zhì)的影響

文/程衛(wèi)彬（安徽皖維高新材料股份有限公司）

將成纖高聚物加工成纖維，首先要制備紡絲液[1]。紡絲液的制備有熔體法和溶液法兩種方法，分別對應(yīng)紡絲熔體和紡絲溶液。凡高聚物的熔點高于其分解溫度，多采用將高聚物溶解成流動的液體（紡絲溶液）進行紡絲。由于聚乙烯醇熔融溫度高于分解溫度，工業(yè)上采用溶液紡絲來生產(chǎn)纖維。溶液紡絲法的紡絲溶液制備有兩種方法：一是直接利用聚合后得到的聚合物溶液作為紡絲原液，稱為一步法；二是將聚合物溶液先制成顆粒狀或粉末狀的成纖聚合物，然后再溶解，以獲得紡絲液，稱為二步法[2]。由于一步法工藝存在很多缺陷，所以工業(yè)生產(chǎn)中大部分采用二步法。采用二步法需要選擇合適的溶劑將成纖聚合物溶解，所得的溶液在送去紡絲之前還要經(jīng)過混和、過濾和脫泡等工序。

一、聚乙烯醇原液制備工藝流程

聚乙烯醇原液制備工藝流程為：水洗→脫水→溶解→混合→取樣分析→調(diào)黏→過濾→脫泡→調(diào)壓→紡絲原液。第一步是水洗，通過水洗裝置洗去聚乙烯醇中的雜質(zhì)及部分醋酸鈉，使聚乙烯醇充分膨潤；水洗后需經(jīng)脫水，以保證水洗后聚乙烯醇醋酸鈉含量合格，含水率穩(wěn)定；經(jīng)水洗、脫水后的聚乙烯醇經(jīng)中間貯存和計量后被吸入溶解機進行攪拌、加熱溶解，當物料加熱至98℃后，啟動循環(huán)泵使原液混和均勻，然后取樣分析、調(diào)黏；溶解后的聚乙烯醇原液不能馬上用于紡絲，必須在恒定溫度下進行紡前準備，即混合、過濾和脫泡；溶解以后的原液中還含有不溶解的顆粒和機械雜質(zhì)，紡絲時這些雜質(zhì)會堵塞噴絲頭的噴絲孔，對紡絲影響很大，必須過濾除去；過濾后的聚乙烯醇原液中含有大量氣泡，會影響纖維的質(zhì)量和生產(chǎn)，紡絲前須經(jīng)脫泡工序除去，一般采用常壓靜止脫泡；脫泡后的原液需要經(jīng)過紡絲調(diào)壓槽然后經(jīng)管道送入紡絲機紡絲，調(diào)壓槽的主要作用就是穩(wěn)定紡絲原液的壓力，保證纖維質(zhì)量及生產(chǎn)穩(wěn)定性[3]。

二、影響聚乙烯醇原液質(zhì)量的主要因素

生產(chǎn)中，影響聚乙烯醇原液質(zhì)量的主要因素有添加水溫度、溶解時間、原液濃度、原液溫度、紡前準備等。

1.添加水溫度

添加水溫度與溶解溫度一致可使溶解所需的升溫時間縮短，表面上可以縮短整個溶解時間，但在實際生產(chǎn)中一般把添加水溫度控制在稍低于70℃。若添加水溫度較高，先后吸入到溶解機內(nèi)的聚乙烯醇之間溶解速度相差過大，后吸入的聚乙烯醇顆粒來不及充分溶解就被先吸入的已經(jīng)充分溶解的聚乙烯醇原液包圍起來產(chǎn)生“結(jié)團”現(xiàn)象，水不易滲透到團塊內(nèi)部而使整個溶解時間延長；此外溶解機采用真空吸料時，由于加水操作在聚乙烯醇加入之前，水溫太高會導(dǎo)致吸入聚乙烯醇時急劇沸騰，影響吸料的正常進行。若添加水溫度較低，則聚乙烯醇溶解慢，吸料時易形成“堆料”現(xiàn)象，并使溶解時升溫時間延長。“結(jié)團”和“堆料”都會導(dǎo)致原液溶解不充分[4]。

2.溶解時間

溶解時間指完成整個溶解過程所需各步驟時間的總和，包括加水、吸料、升溫、調(diào)黏以及輸送各步驟的時間。其中升溫與調(diào)黏所需時間之和稱之為“有效溶解時間”，生產(chǎn)中“有效溶解時間”一般要大于2h，時間過短對聚乙烯醇溶解不利，會造成聚乙烯醇溶解不完全[5]。溶解不充分的聚乙烯醇原液可紡性大大降低，生產(chǎn)出來的纖維也不合格，嚴重時還會引發(fā)生產(chǎn)事故。

3.原液濃度

聚乙烯醇纖維濕法紡絲要求的原液濃度要適當。濃度偏低時，雖然低黏度對過濾脫泡有利，但成型的纖維機械性能差，設(shè)備生產(chǎn)能力降低，溶解、脫泡以及凝固浴回收裝置的設(shè)備臺數(shù)就要增加；濃度過高，在相同的條件下，原液黏度會隨著濃度的提高增加，給溶解、過濾、脫泡帶來困難。

4.原液溫度

原液溫度是紡絲原液最重要的的工藝參數(shù)之一。原液溫度過低，直接影響原液的可紡性和纖維的質(zhì)量。原液溶解完成后需要進行循環(huán)、紡前準備，為了保證原液溫度，所有的原液管道都做成夾套管，原液在夾套管內(nèi)層流動，外部用保溫水保溫，保溫水的溫度不低于原液溫度。

5.紡前準備

溶解以后的原液還不能立即進行紡絲，因為：一是原液中還有不溶的顆粒和機械雜質(zhì)，如泥沙、凝膠顆粒等，會堵塞噴絲頭的噴絲孔，降低原液的可紡性；二是原液在溶解時因攪拌、循環(huán)及輸送時會產(chǎn)生大小不同的氣泡，分散在原液中直接影響纖維的質(zhì)量。所以紡絲成型前必須要進行紡前準備即過濾和脫泡。過濾裝置一般采用金屬過濾器，脫泡前后各進行一次過濾。原液脫泡必須保持一定的溫度黏度才不會提高，氣泡上升的速度才能加快。脫泡時，在聚乙烯醇溶液與空氣的相界面上，由于水分蒸發(fā)，在溶液的表面上會產(chǎn)生薄膜，如果它滲進紡絲原液中，則會降低原液的質(zhì)量。所以，為防止水分的蒸發(fā)，應(yīng)采取密封措施，工業(yè)上一般采用脫泡桶脫泡。

三、原液質(zhì)量對水溶纖維品質(zhì)的影響

1.異狀纖維的產(chǎn)生

各種不合格的異狀纖維，包括塊狀絲、并絲、柱狀絲等，都影響原液的質(zhì)量。原液濃度過低，原液中水分含量多，造成原液脫水困難，形成柱狀絲，嚴重時會有一部分原液無法快速脫水形成并絲；原液脫泡不完全也會形成異狀纖維，較小氣泡殘留的原液中會形成氣泡絲或并絲，較大的氣泡通過噴絲頭時會造成斷絲，間接形成并絲；原液溶解不充分，未溶解的凝膠顆粒在脫水凝固時會形成塊狀絲；原液溫度偏低易形成凝膠，造成紡絲困難，噴絲頭更換率高，纖維并絲增加。異狀纖維的形成嚴重影響纖維的質(zhì)量和正常生產(chǎn)。

2.纖維斷裂強度

原液濃度較低時，大分子之間距離加大，不易靠攏，溶劑水分多，凝固成型時纖維內(nèi)外層脫水時間間隔較長，內(nèi)部脫水尚未完畢，外部已形成堅固的皮層，內(nèi)部繼續(xù)脫水凝固時外層不能發(fā)生相應(yīng)的收縮而使纖維斷面生成空隙，形成較多結(jié)構(gòu)疏松的芯層。原液濃度過低，聚乙烯醇大分子之間不易形成氫鍵而使分子間作用力下降，其宏觀表現(xiàn)為纖維的物理機械性能變差，纖維強度降低。

四、結(jié)論

綜上所述，可以得到以下結(jié)論：（1）在一定范圍內(nèi)，纖維強度隨著原液濃度的增大而有所提高。但當濃度超過一定范圍時，濃度對強度增加的貢獻不大，而黏度卻急劇上升，造成過濾和紡絲困難；原液濃度過低，凝固不良，纖維物理機械性能差。實際生產(chǎn)中，原液濃度一般控制在15%～16%。（2）原液溫度變化影響其黏度變化和紡絲能力。一般隨原液溫度的提高黏度減小，噴絲良好。但當原液溫度過高導(dǎo)致原液沸騰，使紡絲難以進行；溫度過低，黏度上升，使過濾、輸送困難，且原液易形成凝膠，造成紡絲困難，噴絲頭更換率高，纖維并絲增多，異狀纖維增多。生產(chǎn)中原液溫度一般控制在98～99℃。（3）溶解后的聚乙烯醇原液還不能馬上用于紡絲成型，必須在恒定的溫度下進行過濾、脫泡。恒定的溫度由保溫水提供，原液經(jīng)一道過濾進入脫泡桶，再由脫泡桶經(jīng)二道過濾進入調(diào)壓槽，然后送紡絲工序進行紡絲成型。（4）在實際生產(chǎn)中，根據(jù)生產(chǎn)品種的種類、RP值、溶斷值，調(diào)節(jié)干燥、預(yù)熱、延伸絲表溫度，使三者之間的溫度達到平衡。